Forskere identificerer universelle love i aktive væskers turbulente adfærd

Visse grupper af bakterier eller cellevæv danner systemer, der kaldes aktive væsker. Disse kan flyde spontant uden at skulle tvinges udefra, da deres komponenter er i stand til at generere kræfter og bevæge sig autonomt. Når aktiviteten er høj nok, de spontane strømme bliver kaotiske, som dem, der observeres i almindelige væskers turbulens. University of Barcelona (UB) forskere har identificeret universelle love i denne turbulente adfærd af aktive væsker. Resultaterne af deres arbejde er blevet offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang X .

På grund af deres visuelle lighed med almindelig turbulens, kaotiske strømme i aktive væsker er blevet kaldt aktiv turbulens. Studiet af dette fænomen er væsentligt for design af nanomotorer og kan forklare komplekse strømme observeret i levende systemer, som dem, der opstår under en sårlukning. Ifølge UB-forskerne, resultaterne af deres arbejde "er relevante, fordi de viser, at strømmene af aktiv turbulens, på trods af at det er kaotisk og meget komplekst, kan beskrives ved simple og generiske matematiske love."

At gøre dette, de eksperimenterede med aktive væsker sammensat af cytoskeletproteiner og enzymer, der giver den nødvendige energi til at generere kræfter og flyde spontant. Forskerne, medlemmer af UB's institutter, UBICS og IN2UB, skabt et tyndt lag af dette aktive materiale omgivet af to passive væsker:Vand og olie.

I særdeleshed, forskerne målte de aktive væskestrømme og bekræftede eksperimentelt eksistensen af ​​to strømningsregimer, som de allerede havde forudsagt teoretisk. Ud over, eksperimenterne afslørede et nyt regime forårsaget af koblingen af ​​det aktive lag med de omgivende passive væsker. Studiet, derfor, fremhæver den væsentlige rolle af de passive væsker, der omgiver det aktive system. For at forklare disse resultater, forskerne har formuleret en teoretisk ramme, der – i betragtning af virkningerne af de passive væsker – forudsiger de magtlove, der blev observeret i eksperimenterne.